常用于土壤重金属修复的菌株有菌根菌、假单胞菌、光合细菌、芽孢杆菌、酵母菌等,其中芽孢杆菌(Bacillus)因具有较高的环境兼容性,且对重金属Cd具有较好的吸附效果,在土壤重金属Cd污染修复上具有较大的研究价值。本文就其应用及作用机制进行总结,以期为芽孢杆菌用于重金属污染修复提供理论依据。大多数芽孢杆菌属为革兰氏阳性菌,在缺乏营养或不良环境时能产生芽孢。常见用于土壤修复剂的芽孢杆菌有枯草芽孢杆菌(Bacillus. subtilis)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)、蜡状芽孢杆菌(Bacilluscereus)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)、地衣芽孢杆菌(Baclicus lincheniformis)等。许多研究发现芽孢杆菌对重金属离子吸附效果明显。表2是几种芽孢杆菌对重金属Cd2+的吸附水平,从表2可以看出,芽孢杆菌对水相中重金属Cd的吸附率比较高,可将其应用到重金属废水、重金属污染土壤的修复中。
微生物在一定条件下能分泌高分子聚合物(如蛋白质、多糖、核酸等),这些生物大分子即细菌胞外聚合物(EPS),对重金属有很强的吸附能力。Fang 等认为细菌结合态EPS官能团类型与枯草芽孢杆菌表面活性基团类型一致,EPS存在能明显提高菌体表面活性基团浓度。枯草芽孢杆菌EPS能通过络合、离子交换、沉淀等方式提高枯草芽孢杆菌对重金属离子的吸附作用,去除EPS后的枯草芽孢杆菌对Cd2+的吸附量下降51.4%。EPS的存在还能增强细菌的粘附强度,促使细菌快速吸附于土壤矿物颗粒上。Huang等研究表明,将细菌接种到土壤中,土壤胶体表面积增加3.0%~8.8%,表面所带负电荷增加,促进对Cd的吸附。
芽孢杆菌在其代谢过程中,分解糖类物质(包括葡萄糖、蔗糖、淀粉、纤维素等)形成水和二氧化碳,这个过程需要消耗氧气。就不同菌株而言,其耗氧量是存在较大差异的。1×109CFU芽孢杆菌在5天时间内的耗氧量,耗氧高的一株芽孢菌5天时间内仅消耗7mg的氧气。为了提高检测灵敏度,实验中刻意提高了菌的用量。那我们计算下池塘实际用量,含量为100-200亿/g芽孢杆菌正常用量为100-200g/亩?米,可以计算出每L水体菌量为3×106CFU,是实验中用量千分之一,由此可以看出加入池塘芽孢杆菌的耗氧量可以忽略不计。